(57)【要約】      （修正有）【課題】垂直多関節ロボットの小型化、軽量化が図れる、ワークを把持する爪を有する電動グリッパに揺動回転を付加した水平揺動グリッパ装置を提供する。【解決手段】水平揺動部１１とグリッパ部１２の駆動源にエンコーダ付きステッピングモータ１３を用い、垂直揺動部のエンコーダ付きステッピングモータ１３の出力軸は円筒形状の補強軸が締結され、補強軸はボールベアリングの内輪内径部に勘合され、ボールベアリングの外輪外径部は略Ｌ型ブラケット１８に開けた略円柱穴に勘合され、Ｌ型ブラケット１８の垂直端面の凸部をロボットのツール取付面とした水平揺動部１１と、電動グリッパ１２軸対象軸に対し重心位置近傍に前期水平揺動部１１の補強軸が結合された揺動グリッパ装置１において揺動部略Ｌ型フランジ２０の凹部に回転制御用のコントローラ１４を設け、水平揺動部１１と電動グリッパ部回転結合部の反対面にコントローラ１６を設けたものである。【選択図】図７
0003226334.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
水平揺動部とグリッパ部の駆動源にエンコーダ付きステッピングモータを用い、垂直揺動部のエンコーダ付きステッピングモータの出力軸に円筒形状の補強軸を締結され、補強軸はボールベアリングの内輪内径部に勘合され、ボールベアリングの外輪外径部は略Ｌ型ブラケットに開けた円柱穴に勘合され、Ｌ型ブラケットの垂直端面の凸部をロボットのツール取付面とした水平揺動部と、電動グリッパ軸対象軸に対し重心位置近傍に前期水平揺動部の補強軸が結合された揺動グリッパ装置において  揺動部略Ｌ型ブラケットの凹部に回転制御用のコントローラを設け、水平揺動部と電動グリッパ部回転結合部の反対面にコントローラを設けた水平揺動グリッパ装置。
【請求項２】
請求項１記載の複合揺動グリッパ装置において、
水平揺動部主軸に断面Ｔ型円筒形状の補強軸の円周状側面に空いた数か所のタップ穴を介してネジ締結され、補強主軸の外輪をボールベアリングの内輪と嵌合され、ボールベアリングの外輪はＬ型ブラケットに空いた円柱穴と嵌合され、前記ボールベアリングの外輪側面とモータフランジ先端面の間に円柱リングを配置し、ボールベアリングの内輪と補強主軸の頭部Ｌ部分に円柱リングを介し、水平揺動部の補強軸とＬ型フランジの内面中心位置とをねじ結合し、Ｌ型フランジの他方内面に電動グリッパのヘッド部を固定させた構造の水平揺動グリッパ装置。
【請求項３】
請求項１記載の複合揺動グリッパ装置において、
Ｌ型ブラケットの垂直端面の凸部をロボットのツール取付面に前記電動グリッパに軸中心位置とＺ軸座標を一致した別フランジを設けた構造の水平揺動グリッパ装置。
【請求項４】
請求項１記載の複合揺動グリッパ装置において、
水平揺動部コントローラではステッピングモータをマイクロステップ励磁したベクトル角度とエンコーダ角度位置との相対角度変化の開きで外力の大小を検出する機能を持ったコントローラを持つ水平揺動グリッパ装置。
【請求項５】
請求項１記載の複合揺動グリッパ装置において、エンコーダ付きステッピングモータのモータ電流線とエンコーダ信号線とエンコーダ電源はモータ側部とコントローラ底部との中間に配置した中間ＢＯＸ内を通してコントローラに内部配線された水平揺動グリッパ装置。
【請求項６】
請求項１記載の複合揺動グリッパ装置において、揺動部の回転位置制御とグリッパの把持制御を外部から行う為の通信線がグリッパ部コントローラコネクタから水平揺動部コネクタ接続され、水平揺動部コネクタから外部プログラマブルコントローラ等の制御装置へケーブル一本の流れで制御できる水平揺動グリッパ装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は、ワークを把持する爪を有する電動グリッパに揺動回転を付加した装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】従来、Ｙ―Ｚテーブル、スカラロボットでは部品を垂直方向に重ねる搬送や組立に使用され、ロボット先端にグリッパをつけて斜め又は横方向から組み立てるときは特許文献２の様な垂直多関節ロボットを使用してきた。ただ、垂直多関節は通常６軸を持ち必要以上の大きさと重さとなり、卓上での搬送・組立には問題が多かった。そこで、Ｙ―Ｚテーブル、文献１のスカラロボットに揺動軸を追加する方法として空気圧揺動アクチュエータ、電動減速機中空ロータリを使われていた。【０００３】この空気圧揺動アクチュエータには文献３のようなロータリーアクチュエータが使われている。【０００４】  一方、電動減速機中空ロータリは文献４にようにロータリ部分に減速機を介して文献３の様なエンコーダ付きステッピングモータで位置決めするが、減速機とリニアガイド等で構成され軽量化、小型化、コントローラ一体化が困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６４−１６３８７  水平多関節ロボット
【特許文献２】特開昭６３−２８５８２  多関節ロボット
【特許文献３】特開２０１６−２１１６７３  ロータリーアクチュエータ
【特許文献４】特開２００９−２３２５４０  電動ロータリーアクチュエータ
【特許文献５】特開２０１４−１０５９９０  光学式エンコーダ、光学式エンコーダ付きモータおよびその製造方法
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】特許文献２の様な垂直多関節ロボットは水平軸回転軸を持っているので揺動運動は出来るが、ロボット自体の小型化が困難である。
一方、文献１の水平多関節ロボット（スカラロボット）に揺動軸を追加する方法があるり、空気圧揺動アクチュエータには文献３のようなロータリーアクチュエータが使われているが、複数の位置決めはできず起動端と終端の２点のみであり、任意の位置決めはできない。
特許文献４の様な電動ロータリーアクチュエータを用いる方法では減速機とリニアガイド等で構成され、コントローラはロボット外部に配置されるため外部配線も多くなり軽量化、小型化が困難であった。【０００７】  本考案はこのような問題を解消するためになされたもので、水平揺動部とハンド部、各々にコントローラを内部配線と一体化することにより、軽量かつコンパクトで、しかも揺動とグリップ制御用のケーブルを簡単に設置できる揺動電動グリッパ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  この目的を達成するために、本考案に係る揺動電動グリッパ装置は水平揺動部とグリッパ部の駆動源にエンコーダ付きステッピングモータを用い、垂直揺動部のエンコーダ付きステッピングモータの出力軸は円筒形状の補強軸を締結され、補強軸はボールベアリングの内輪内径部に勘合され、ボールベアリングの外輪外形部は略Ｌ型ブラケットに開けた略円柱穴に勘合され、Ｌ型ブラケットの垂直端面の凸部をロボットのツール取付面とした水平揺動部と、電動グリッパ軸対象軸に対し重心位置近傍に前期水平揺動部の補強軸が結合された揺動グリッパ装置において  揺動部略Ｌ型ブラケットの凹部に回転制御用のコントローラを設け、水平揺動部と電動グリッパ部回転結合部の反対面にコントローラを設けたのもである。【０００９】  本考案は前記水平電動グリッパ装置において、水平揺動部は主軸に断面Ｔ型円筒形状の補強軸の円周状側面に空いた数か所のタップ穴を介してネジ締結され、補強主軸の外輪をボールベアリングの内輪と嵌合され、ボールベアリングの外輪はＬ型ブラケットに空いた円柱穴と嵌合され、前記ボールベアリングの外輪側面とモータフラン先端面の間に円柱リングを配置し、ボールベアリングの内輪と補強主軸の頭部Ｌ部分に円柱リングを介した水平揺動部の補強軸とＬ型フランジの内面中心位置とをねじ結合し、Ｌ型フランジの他方内面に電動グリッパのヘッド部を固定させた構造を有していてもよい。【００１０】本考案は前記水平電動グリッパ装置において、Ｌ型ブラケットの垂直端面の凸部をロボットのツール面位置に前記電動グリッパに軸中心位置とＺ軸座標を一致した別フランジを設けた構造を有していてもよい。【００１１】本考案は前記水平電動グリッパ装置において、水平揺動部コントローラではステッピングモータをマイクロステップ励磁したベクトル角度とエンコーダ角度位置との相対角度変化の開きで外力の大小を検出する機能を持ったコントローラを有していてもよい。【００１２】  本考案は前記水平電動グリッパ装置において、エンコーダ付きステッピングモータのモータ電流線とエンコーダ信号線とンコーダ電源はモータ側部とコントローラ底部との中間に配置した中間ＢＯＸ内を通してコントローラに内部配線されたものを有していてもよい。【００１３】本考案は前記水平電動グリッパ装置において、揺動部の回転位置制御とグリッパの把持制御を外部から行う為の通信線がグリッパ部コントローラコネクタから水平揺動部コネクタ接続され、水平揺動部コネクタから外部プログラマブルコントローラ等の制御装置へケーブル一本の流れで制御できるものを有していてもよい。
【考案の効果】
【００１４】本考案においては
水平揺動部と、電動グリッパ軸対象軸に対し重心位置近傍に前期水平揺動部の補強軸が結合されており、揺動部モータの停止時負荷トルクはグリッパ用爪と爪で把持されるワークの質量となり揺動時の加減速は低い為、相対的に大きなワークが可搬できる。【００１５】  この水平揺動グリッパ装置は揺動部に減速機を使わず補強軸でグリッパ部を直接揺動させるためロボット装置の小型化、軽量化がはかれる。【００１６】  この水平揺動グリッパ装置は揺動部とグリッパ部はコントローラを内蔵しており、外部プログラマブルコントローラとケーブル１本で制御でき、ケーブルひきまわしを含め、外部装置側の制御の簡易化と立上げ作業時の配線作業の省力化がはかれる。【００１７】Ｌ型ブラケットの垂直端面の凸部をロボットのツール取付面に前記電動グリッパに軸中心位置とＺ軸座標を一致した別フランジを設けた構造としすることにより、ロボットフランジ座標Ｚ軸と水平揺動グリッパ装置のグリッパ把持中心軸とが一致しロボット側のＺ座標位置補正を省き、ロボットプログラムの煩雑化が省かれ、さらにロボットフランジ面から爪先端までの短縮化がはかれるためモーメントによる位置ブレを抑制できる。【００１８】  したがって、本考案によれば、電動グリッパを揺動回転させる機能を装備しているにもかかわらず、軽量かつコンパクトで、しかも制御用ケーブルの設置や制御を簡単に行うことが可能な揺動電動グリッパ装置を提供でき、ＦＡ装置全体の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施の形態による水平揺動グリッパ装置を装備したＹ−Ｚ軸ロボットの斜視図である。
【図２】図２の拡大図である。
【図３】水平揺動グリッパ装置の斜視図である。
【図４】図２の反対面の斜視図である。
【図５】水平揺動グリッパ装置の下から見た斜視図である。
【図６】図４の反対面の斜視図である。
【図７】ケーブルと爪をつけた水平揺動グリッパ装置の斜視図である。
【図８】図７においてグリッパ部の爪を９０度回転した水平揺動グリッパ装置の斜視図である。
【図９】水平揺動グリッパ装置の正面図である。
【図１０】図９の略Ｌ型ブラケットの断面図である。
【図１１】水平揺動グリッパ装置のコントローラから中間ＢＯＸ内に至る内部ケーブルの斜視図である。
【図１２】Ｚ軸座標を一致した別フランジを介してロボットＺ軸先端腕取り付けた水平揺動グリッパ装置の斜視図である。
【図１３】図１０の別フランジをつける手順を説明した水平揺動グリッパ装置の正面図である。
【考案を実施するための形態】
【００２０】（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る電動グリッパ装置の一実施の形態を図１〜図１３によって詳細に説明する。
図１は水平揺動グリッパ装置を装備したＹ−Ｚ軸ロボットであり、Ｙ−Ｚ軸ロボットはＦＡ（ファクトリーオートメーション）工場、具体的には、自動車部品組立工程、電子機械組立工程、光学機器自動化工程、食品トッピング工程、医療具などの工程で一般的に使われるＹ−Ｚ軸ロボットであり、門型テーブルとも言う。
【００２１】  この門型テーブルには水平揺動グリッパ装置１がＺ軸移動テーブル９にフランジ７を介して搭載されている。図２はその拡大図である。
水平揺動部１１とグリッパ部１２の駆動源にエンコーダ付きステッピングモータ１３、１３ｂを用い、垂直揺動部のエンコーダ付きステッピングモータ１３の出力軸は円筒形状の補強軸４３が締結され、補強軸４３はボールベアリング４０の内輪内径部に勘合され、ボールベアリング４０の外輪外径部は略Ｌ型ブラケット１８に開けた略円柱穴に勘合され、Ｌ型ブラケット１８の垂直端面の凸部をロボットのツール取付面とした水平揺動部１１と、電動グリッパ１２軸対象軸に対し重心位置近傍に前期水平揺動部１１の補強軸４３が結合された揺動グリッパ装置１において揺動部略Ｌ型フランジ２０の凹部に回転制御用のコントローラ１４を設け、水平揺動部１１と電動グリッパ部回転結合部の反対面にコントローラ１６を設けたものである。
【００２２】  しかるに、電動グリッパ１２の重心位置近傍を回転させるため小出力の揺動用モータを使う事が可能となり、従って、減速機を用いずモータ軸に機械的ストレスが加わらず慣性比の大きなグリッパを揺動回転するとこができる。
【００２３】（第２の実施の形態）
図１０は図８の略Ｌ型ブラケットの断面図であり、水平揺動部１１主軸に断面Ｔ型円筒形状の補強軸４３の円周状側面に空いた数か所のタップ穴を介してネジ締結され、補強主軸４３の外輪をボールベアリング４０の内輪と嵌合され、ボールベアリング４０の外輪はＬ型ブラケット１８に空いた円柱穴と嵌合され、前記ボールベアリング４０の外輪側面とモータフランジ先端面の間に円柱リング４１を配置し、ボールベアリング４０の内輪と補強主軸４３の頭部Ｌ部分に円柱リング４１を介した水平揺動部の補強軸４３とＬ型ブラケット１８の内面中心位置とをねじ４４結合し、Ｌ型フランジ２０の他方内面に電動グリッパ１２のヘッド部を固定させたものである。
【００２４】  したがって、この実施の形態によれば、ベアリングの外輪、内輪をスラスト方向に規制でき外部からのスラスト方向の力が加わってもモータ軸に機械的ストレスが加わらず揺動回転するとこができる。
【００２５】（第３の実施の形態）
図１２、１３はスカラロボットに搭載したときのロボット最終軸から先を現したものである。
水平多関節ロボットＺ軸３２の水平多関節ロボットＺ軸フランジ３４に別フランジ３５を介してＬ型ブラケット１８の垂直端面の凸部にねじ締結されている。電動グリッパの把持中心位置と水平多関節ロボットＺ軸フランジ３４とＺ軸仮想線３３で一致させる別フランジ３５をもちいるものである。
【００２６】  したがって、ロボットの座標系特にワークフランジ座標がツール座標のＸ−Ｙ軸が一致することで、ロボットプログラムの座標変換がＺ軸のシフトのみとなりティーチングペンダント等によるプログラム作成と保守点検の間違いが低減できる。さらに、水平多関節ロボットＺ軸フランジ３４からグリッパ部の爪２８，２８までの距離も最短となり、小型化と先端ブレにより位置づれも防止される。
【００２７】（第４の実施の形態）
水平揺動部コントローラ１４はステッピングモータをマイクロステップ励磁角（二相ステッピングモータではＡ、Ｂ相の合成角）とエンコーダ角度位置との相対角度変化の開きで外力の大小を検出する機能をもつものである。
【００２８】  したがって、揺動部のエンコーダ付ステッピングモータ１３に対して慣性比の大きなグリッパ部１２を脱調なしで水平揺動回転させることができる。
【００２９】（第５の実施の形態）
図１１に様にエンコーダ付きステッピングモータ１３，１３ｂのモータ電流線とエンコーダ信号線とエンコーダ電源はモータ側部から中間に配置した中間ＢＯＸ１５内を通してコントローラ内フラットケーブル３１でとコントローラ内コネクタ３０に内部配線されたものである。
【００３０】  したがって、グリッパ本体とコントローラを内蔵させる筐体なしで、グリッパ本体とコントローラとの配線を中間ＢＯＸ内に設ける事だけで軽量小型化ができる。
【００３１】（第６の実施の形態）
揺動部の回転位置制御とグリッパの把持制御を外部から行う為の通信線が図７、８に様にグリッパ部コネクタカバー２６内のコントローラコネクタから水平揺動部コネクタカバー２７内のコネクタに接続され、水平揺動部コネクタから外部プログラマブルコントローラ等の制御装置へケーブル一本の流れで水平揺動とグリッパとを制御できるものである。
【００３３】  したがって、ケーブル１本で水平揺動とグリッパとを制御でき、ケーブルの引き回しによる不必要なスペースとケーブルの屈曲断線を低減させる効果が大きい。さらに、配線作業の効率化に貢献する。
【符号の説明】
【００３４】１・・・水平揺動グリッパ装置、２・・・Ｙ−Ｚ搭載時の水平揺動グリッパ装置、３・・・Ｙ軸電動アクチュエータ、４・・・Ｚ軸電動アクチュエータ、５・・・Ｚ軸フレーム、６・・・Ｙ軸フレーム、７・・・Ｚ軸Ｌ型フランジ、８・・・Ｙ軸移動テーブル、９・・・Ｚ軸移動テーブル、１１・・・揺動部、１２・・・グリッパ部、１３，１３ｂ・・・エンコーダ付ステッピングモータ、１４・・・コントローラ、１５・・・中間ＢＯＸ、１６・・・コントローラ、１７・・・中間ＢＯＸ、１８略Ｌ型ブラケット、１９・・・別フランジ、２０・・・Ｌ型フランジ、２１・・・グリッパ爪取付部、２２・・・グリッパ用爪（一方）、２３・・・グリッパ用爪（他方）、２４・・・コントローラ間ケーブル、２５・・・コントローラ〜ＰＬＣ間ケーブル、２６・・・コネクタカバー、２７・・・コネクタカバー、２８・・・グリッパ用爪（一方）、２９・・・グリッパ用爪（他方）、３０・・・コントローラ内コネクタ、３１・・・コントローラ内フラットケーブル、３２・・・水平多関節ロボットＺ軸、３３・・・Ｚ軸仮想線、３４・・・水平多関節ロボットＺ軸フランジ、３５・・・別フランジ、３６，３７・・・締結ボルト、３８・・・位置決めピン、３９・・・締結ボルト、４０・・・ベアリング、４１・・・円柱リング、４２・・・ネジ、４３・・・補強軸、４４・・・ネジ
【図１】
0003226334.tif 000003
【図２】
0003226334.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003226334.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0003226334.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
0003226334.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月18日(2020.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
水平揺動部とグリッパ部の駆動源にエンコーダ付きステッピングモータを用い、垂直揺動部のエンコーダ付きステッピングモータの出力軸に円筒形状の補強軸を締結され、補強軸はボールベアリングの内輪内径部に勘合され、ボールベアリングの外輪外径部は略Ｌ型ブラケットに開けた円柱穴に勘合され、略Ｌ型ブラケットの垂直端面の凸部をロボットのツール取付面とした水平揺動部と、電動グリッパ軸対象軸に対し重心位置近傍に前期水平揺動部の補強軸が結合された揺動グリッパ装置において、揺動部略Ｌ型ブラケットの凹部に回転制御用のコントローラを設け、水平揺動部と電動グリッパ部回転結合部の反対面にコントローラを設けた水平揺動グリッパ装置。
【請求項２】
請求項１記載の複合揺動グリッパ装置において、
水平揺動部主軸に断面Ｔ型円筒形状の補強軸の円周状側面に空いた数か所のタップ穴を介してネジ締結され、補強軸の外輪をボールベアリングの内輪と嵌合され、ボールベアリングの外輪は略Ｌ型ブラケットに空いた円柱穴と嵌合され、前記ボールベアリングの外輪側面とモータフランジ先端面の間に円柱リングを配置し、ボールベアリングの内輪と補強軸の頭部Ｌ部分に円柱リングを介し、水平揺動部の補強軸とＬ型フランジの内面中心位置とをねじ結合し、Ｌ型フランジの他方内面に電動グリッパのヘッド部を固定させた構造の水平揺動グリッパ装置。
【請求項３】
請求項１記載の複合揺動グリッパ装置において、
略Ｌ型ブラケットの垂直端面の凸部をロボットのツール取付面にして、前記電動グリッパに軸中心位置とＺ軸座標を一致した別フランジを設けた構造の水平揺動グリッパ装置。
【請求項４】
請求項１記載の複合揺動グリッパ装置において、
水平揺動部コントローラではステッピングモータをマイクロステップ励磁したベクトル角度とエンコーダ角度位置との相対角度変化の開きで外力の大小を検出する機能を持ったコントローラを持つ水平揺動グリッパ装置。
【請求項５】
請求項１記載の複合揺動グリッパ装置において、エンコーダ付きステッピングモータのモータ電流線とエンコーダ信号線とエンコーダ電源はモータ側部とコントローラ底部との中間に配置した中間ＢＯＸ内を通してコントローラに内部配線された水平揺動グリッパ装置。
【請求項６】
請求項１記載の複合揺動グリッパ装置において、揺動部の回転位置制御とグリッパの把持制御を外部から行う為の通信線がグリッパ部コントローラコネクタから水平揺動部コネクタ接続され、水平揺動部コネクタから外部プログラマブルコントローラ等の制御装置へケーブル一本の流れで制御できる水平揺動グリッパ装置。